EP2576299B1 - Verfahren zur steuerung des druckes in einem elektronisch geregelten hydraulischen kraftfahrzeug bremsensystem - Google Patents

Verfahren zur steuerung des druckes in einem elektronisch geregelten hydraulischen kraftfahrzeug bremsensystem Download PDF

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EP2576299B1
EP2576299B1 EP11720301.8A EP11720301A EP2576299B1 EP 2576299 B1 EP2576299 B1 EP 2576299B1 EP 11720301 A EP11720301 A EP 11720301A EP 2576299 B1 EP2576299 B1 EP 2576299B1
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current
pressure
valve
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    • B60Y2400/81—Braking systems

Definitions

  • the invention relates to a method for controlling the pressure in a hydraulic system, in particular in an electronically controlled brake system for a motor vehicle, in which the pressure or the pressure profile is controlled and / or regulated with the aid of at least one analogized solenoid valve according to the preamble of patent claim 1.
  • AD valves for controlling the hydraulic fluid.
  • the coil current at which the AD valve opens depends on the pressure difference across the solenoid valve.
  • THZ pressure is detected by a sensor.
  • DE 39 24 510 A1 discloses a brake system with solenoid valves which are supplied for switching in rapid succession with voltage pulses.
  • the voltage pulse is increased or decreased in time steps up to the maximum voltage value in order to reduce the noise emissions.
  • a method for controlling a normally open solenoid valve in the analog mode is of the generic type WO 03/0537353 known, in which the solenoid valve is switched to reduce valve noise in the brake pressure control in a partially open position acting as a throttle.
  • this with fixed current values is energized.
  • a first current value zero the solenoid valve is in the de-energized state, ie fully open
  • a second current value the solenoid valve is partially opened in the partially energized state for throttle purposes
  • a third current value the solenoid valve is fully energized and thus fully closed.
  • the spring characteristic of the valve spring of the solenoid valve should be designed such that the valve body remains in partially energized state of the solenoid in the partially open position.
  • Such used in a brake system inlet valve is operated in analog mode, ie in the partially open state in an equilibrium state between magnetic force, spring force and hydraulic forces.
  • This situation represents a detail in FIG. 5 illustrated normally open solenoid valve 10, which is arranged in a valve block 11.
  • This solenoid valve 10 comprises a valve housing 3 with a magnetic coil 1, which when energized an armature (not shown), which is in operative connection with a valve lifter 2, this moves in the direction of a valve seat body 7 formed by a valve seat 5, wherein at full energization of the solenoid the valve body 5 closes the opening of the valve seat 7 so that hydraulic fluid can not flow via a pressure medium inlet channel 8 connected to a tandem high-pressure cylinder.
  • the solenoid valve 10 When the solenoid valve 10 is open or partially open, hydraulic fluid flows into a wheel brake connected to a pressure medium outlet channel 9 for the purpose of pressure build-up.
  • the restoring force of the valve stem 2 is generated by a valve spring 6.
  • the PWM-controlled magnetic coil 1 generates a force acting on the valve stem 2 magnetic force, which compensates in the partially opened state, the spring force and the hydraulic force, which essentially corresponds to the difference between the THZ pressure and the prevailing at the wheel brake pressure, whereby a sets very sensitive balance.
  • the PWM control for achieving this equilibrium state shows the time-current diagram according to FIG FIG. 6 in which the current value I 1 of the closing current at which the solenoid valve 10 is kept in the closed state is lowered to a current value I 2 of the operating current I during the pulse time Tp of the PWM signal.
  • the object of the invention is to provide a method of the type mentioned above, with which the occurrence of valve vibrations is prevented or at least substantially reduced, thereby also minimizing noise caused by swinging valve tappet.
  • the method according to the invention is characterized in that a stabilization of the valve tappet and a reduction of the tendency to oscillate are achieved by means of a force modulation produced by a current modulation in the magnetic coil.
  • the frequency of the power modulation depends on the natural frequency of the solenoid valve used.
  • the current amplitude of the modulation so the third current value set depending on the requested volume flow of the solenoid valve.
  • the inventive method can be used advantageously for SO solenoids as well as for SG solenoid valves, which are fully open or fully closed in the electrically de-energized state.
  • FIG. 1 shows an inventive energization phase Tp, with which the solenoid valve is controlled in a partially open position.
  • the solenoid valve Before this energizing phase Tp, the solenoid valve is in its closed position and is energized in this position by a coil current referred to in the following closing current with a first current value I 1 .
  • the coil current is lowered to a first current value I 2 , referred to below as the operating current, and modulated with an amplitude A, which leads to a third current value I 3 , at a predetermined frequency.
  • a force modulation is generated in the solenoid valve, which leads to a modulation of the movement of the valve stem, but without noise-generating oscillations, as shown in the diagrams a) and c) according to FIG. 2 is shown.
  • FIG. 2 shows the diagram a) three energization phases T p1 , T p 2 and T p3 , each with a corresponding FIG. 1 illustrated modulated working current.
  • the neighboring energizing phases correspond to those from the diagram of Figure 7c).
  • the diagram b) the FIG. 2 shows the modulation movements generated by the modulated operating current during the energizing phases T p1 , T p2 and T p3 , but without the according to FIG FIG. 7b ) occurring oscillations.
  • the diagram a) the FIG. 2 shows the associated pressure curve in a wheel brake.
  • the amplitude A and the frequency of the current modulation of the working current are optimized by means of test bench investigations, wherein FIG. 3 , the amplitude A, ie the after FIG. 1 the difference of the third current value I 3 and the second current value I 2 corresponds.
  • the wheel pressure volume flow diagram after FIG. 4 shows the advantageous effect of the inventive control of a SO solenoid valve. According to this, there is a work area A1 which can not be used due to excessively low volume flows, and a further area A2 lying in the upper volume flow area, which area is also usable only to a limited extent.
  • the actually usable functional work area lies between and consists of a region B1, a region B2 and a region B3.
  • the area B1 represents a working and stable working area, which also in accordance with known manner FIG. 6 controlled SO solenoid valves is available and in which no noise-generating vibrations occur.

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung des Druckes in einem Hydrauliksystem, insbesondere in einem elektronisch geregelten Bremsensystem für ein Kraftfahrzeug, bei dem der Druck oder der Druckverlauf mit Hilfe wenigstens eines analogisierten Magnetventils gesteuert und/oder geregelt wird gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
  • Es ist bekannt, in ABS- und/oder ESP-Systemen für Kraftfahrzeuge vermehrt analogisierte Magnetventile, sogenannte AD-Ventile zur Regelung der Hydraulikflüssigkeit einzusetzen. Der Spulenstrom, bei dem das AD-Ventil öffnet, ist von der am Magnetventil anliegenden Druckdifferenz abhängig.
  • Um die AD-Ventile regeln zu können, ist es notwendig genaue Informationen über den aktuellen Raddruck und den THZ-Druck des Tandemhauptzylinders (THZ) zu haben. Der THZ-Druck wird über einen Sensor erfasst.
  • DE 39 24 510 A1 offenbart eine Bremsanlage mit Magnetventilen die zum Schalten in schneller Folge mit Spannungsimpulsen versorgt werden. Der Spannungsimpuls wird in Zeitschritten bis zum maximalen Spannungswert auf- bzw. abgebaut um so die Geräuschemissionen zu verringern.
  • Ein Verfahren zum Regeln eines stromlos offenen Magnetventils in den Analogbetrieb ist aus der gattungsbildenden WO 03/0537353 bekannt, bei dem das Magnetventil zur Reduzierung von Ventilgeräuschen bei der Bremsdruckregelung in eine als Drossel wirkende teilgeöffnete Stellung geschaltet wird. Zur Steuerung der Magnetspule in diese Drosselstellung wird vorgeschlagen, dass diese mit fest eingestellten Stromwerten bestromt wird. Mit einem ersten Stromwert Null ist das Magnetventil im unbestromten Zustand, also voll geöffnet, mit einem zweiten Stromwert ist das Magnetventil im teilbestromten Zustand zu Drosselzwecken teilgeöffnet und mit einem dritten Stromwert ist das Magnetventil im vollbestromten Zustand und damit voll geschlossen. Ferner soll die Federkennlinie der Ventilfeder des Magnetventils derart ausgebildet werden, dass der Ventilkörper im teilbestromten Zustand der Magnetspule in der teilgeöffneten Stellung verharren bleibt.
  • Ein solches in einer Bremsenanlage eingesetztes Einlassventil wird im Analogbetrieb, also im teilgeöffneter Zustand in einem Gleichgewichtszustand zwischen Magnetkraft, Federkraft und hydraulischen Kräften betrieben.
  • Diese Situation stellt ein ausschnittsweise in Figur 5 dargestelltes stromlos offenes Magnetventil 10 dar, das in einem Ventilblock 11 angeordnet ist. Dieses Magnetventil 10 umfasst ein Ventilgehäuse 3 mit einer Magnetspule 1, die bei Bestromung einen Anker (nicht dargestellt), der in Wirkverbindung mit einem Ventilstößel 2 steht, diesen in Richtung eines von einem Ventilsitzkörper 7 gebildeten Ventilsitzes 5 bewegt, wobei bei voller Bestromung der Magnetspule der Ventilkörper 5 die Öffnung des Ventilsitzes 7 verschließt, so dass über einen mit einem Tandemhochdruckzylinder verbundener Druckmitteleinlasskanal 8 keine Hydraulikflüssigkeit zufließen kann. Bei geöffnetem oder teilgeöffnetem Magnetventil 10 fließt zwecks Druckaufbaus Hydraulikflüssigkeit in eine mit einem Druckmittelauslasskanal 9 verbundene Radbremse. Die Rückstellkraft des Ventilstößels 2 wird von einer Ventilfeder 6 erzeugt.
  • Die PWM-gesteuerte Magnetspule 1 erzeugt eine auf den Ventilstößel 2 wirkende Magnetkraft, die im teilgeöffneten Zustand die Federkraft und die hydraulische Kraft, die im Wesentlichen der Differenz aus dem THZ-Druck und dem an dem Rad herrschen Bremsdruck entspricht, kompensiert, wodurch sich ein sehr sensibles Gleichgewicht einstellt. Die PWM-Steuerung zur Erreichung dieses Gleichgewichtszustandes zeigt das Zeit-Strom-Diagramm gemäß Figur 6, wonach der Stromwert I1 des Schließstromes, bei dem das Magnetventil 10 im geschlossenen Zustand gehalten wird, auf einen Stromwert I2 des Arbeitsstromes I während der Pulszeit Tp des PWM-Signals abgesenkt wird.
  • Die Stabilität dieses Gleichgewichtszustands ist nur in einem bestimmten Bereich gegeben. Die Breite dieses stabilen Bereichs hängt von vielen Betriebsparametern ab. Unter Grenzbedingungen können hydraulische Druckschwingungen aus dem Bremssystem zu einem Aufschwingen des Systems führen. Hierdurch wird auch die Stromregelung zu hochfrequenten Stellgrößenänderungen angeregt, wodurch aufgrund von Schwingungen des Ventilstößels Ventilgeräusche entstehen. Eine solche Situation zeigen die Messdiagramme nach Figur 7, die in zeitlicher Abhängigkeit einen Druckverlauf (Figur 7a) in einer angeschlossenen Radbremse, die Anker- bzw. Stößeloszillation (Figur 7b) und den Verlauf eines Spulenstrom (Figur 7c) zeigen. In dem Diagramm nach Figur 7c sind die einzelnen Bestromungsphasen deutlich erkennbar, insbesondere der Teilbestromungsphasen Tp1, Tp2 und Tp3 mit einem Arbeitsstrom des Stromwertes I2. Während dieser Teilbestromungsphasen Tp1, Tp2 und Tp3 entstehen gemäß Figur 7b oszillierende Anker- bzw. Stößelbewegungen, die zu hochfrequenten Stellgrößenänderungen führen, so dass auch der Druckverlauf gemäß Figur 7a in diesen Teilbestromungsphasen Tp1, Tp2 und Tp3 oszilliert.
  • An die Teilbestromungsphasen Tp1, Tp2 und Tp3 schließt sich eine Vollbestromungsphase mit einem Stromwert an, in der das Magnetventil geschlossen wird, anschließend wird dieser Stromwert auf den Stromwert I1 des Schließstromes reduziert, wodurch das Magnetventil im geschlossenen Zustand gehalten wird.
  • Bei Analogventilen wird versucht, durch ein Gleichgewicht zwischen der hydraulischen Kraft und der elektrischen Magnetkraft eine stabile Zwischenstellung des Ventilstößels zu erreichen.
  • Dabei besteht jedoch das Problem, dass aufgrund der toleranzbehaften Ansteuerkette von Analogventilen ein genaues Druckmodell notwendig ist, um eine reproduzierbare Ansteuerung von Analogventilen zu gewährleisten.
  • Dabei müssen bei Erstellung eines solchen Druckmodells folgende Einflüsse berücksichtigt werden:
    • Raddruck,
    • THZ-Druck,
    • THZ-Druckgradient,
    • Temperatur,
    • Pulslänge,
    • Präzision des eingestellten Stromes,
    • Dynamik des Stromreglers,
    • Bremsleitungslänge,
    • Systemsteifigkeit,
    • Qualität der Steuerkettenkalibrierung.
  • Eine erhöhte Neigung hinsichtlich des Auftretens von Ventilschwingungen besteht bei einem Bremssystem insbesondere bei niedrigem Raddruckniveau mit niedrigem Blockierdruckniveau von weniger als 30 bar in Kombination mit einem hohen THZ-Druck und hohen angeforderten analogen Volumenströmen.
  • Bei Druckmodellfehlern oder bei einer Verschiebung (Verschleiß) der Öffnungsstromkennlinie besteht jedoch die Gefahr, dass zu große Arbeitsströme berechnet werden, welches zu einem zu gering geschätzten Volumenstrom führen kann. Dies führt dazu, dass das Magnetventil zu große Gradienten einstellt und dazu neigt, eine Schwingung des Stößels aufzubauen. Unter diesen Grenzbedingungen können hydraulische Druckschwingungen aus dem Bremssystem zu einem Aufschwingen des Systems führen. Hierdurch wird auch die Stromregelung zu hochfrequenten Stellgrößenänderungen angeregt, wodurch geräuscherzeugende Schwingungen des Ventilstößels erzeugt werden. Diese Geräusche werden im Fahrzeug als sehr unangenehm und störend empfunden und wirken komfortbeeinträchtigend.
  • Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, mit dem das Auftreten von Ventilschwingungen verhindert oder zumindest wesentlich vermindert wird, um dadurch auch von schwingenden Ventilstößel verursachten Geräusche ebenfalls zu minimieren.
  • Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
  • Bei diesem erfindungsgemäßen Verfahren zur Steuerung des Druckes in einem Hydrauliksystem, insbesondere in einem elektronisch geregelten Bremsensystem für ein Kraftfahrzeug, bei dem
    • der Druck oder der Druckverlauf mit Hilfe wenigstens eines analogisierten Magnetventils gesteuert und/oder geregelt wird,
    • zur Steuerung und/oder Regelung des Magnetventils in einen teilgeöffneten Zustand der Spulenstrom des Magnetventils durch einen Wechsel zwischen wenigstens einem ersten und einem zweiten Stromwert moduliert wird, und
      das Magnetventil mit einem dem ersten Stromwert entsprechenden Spulenstrom im geschlossenen Zustand gehalten wird,
      ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass
    • ein dritter Stromwert für den Spulenstrom vorgesehen ist, wobei der dritte Stromwert zwischen dem ersten und zweiten Stromwert liegt, und
    • während der Bestromungsphase des Magnetventils, die zur Bestromung mit dem zweiten Stromwert vorgesehen ist, der Spulenstrom durch Wechsel zwischen dem zweiten Stromwert und dem dritten Stromwert mit der durch den dritten Stromwert vorgegebenen Amplitude und vorgegebenen Frequenz moduliert wird.
  • Hiernach zeichnet sich das erfindungsgemäße Verfahren dadurch aus, dass mittels einer durch eine Strommodulation in der Magnetspule erzeugte Kraftmodulation eine Stabilisierung des Ventilstößels und eine Reduzierung der Schwingungsneigung erzielt wird. Dabei ist die Frequenz der Kraftmodulation abhängig von der Eigenfrequenz des eingesetzten Magnetventils.
  • Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird die Stromamplitude der Modulation, also der dritte Stromwert in Abhängigkeit des angeforderten Volumenstroms des Magnetventils eingestellt.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren kann in vorteilhafter Weise sowohl für SO-Magnetventile als auch für SG-Magnetventile eingesetzt werden, die im elektrisch unbestromten Zustand voll geöffnet bzw. voll geschlossen sind.
  • Im Folgenden wird das erfindungsgemäße Verfahren unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren näher erläutert und beschrieben. Es zeigen:
    • Figur 1
    ein Zeit-Spulenstrom-Diagramm als erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel eines modulierten Arbeitsstromes,
    Figur 2
    Mess-Diagramme zur Darstellung der Reaktion des mit dem Arbeitsstrom gemäß Figur 1 bestromten Magnetventils,
    Figur 3
    ein Diagramm zur Darstellung der Abhängigkeit der Amplitude des modulierten Arbeitsstromes von dem angeforderten Volumenstrom,
    Figur 4
    ein Raddruck-Volumenstrom-Diagramm zur Darstellung des verwendbaren Arbeitsbereiches eines mit dem Arbeitsstrom gemäß Figur 1 bestromten Magnetventils,
    Figur 5
    eine Detaildarstellung eines in einem Ventilblock einer Hydraulikeinheit angeordneten SO-Magnetventils gemäß Stand der Technik,
    Figur 6
    ein Zeit-Strom-Diagramm zur Darstellung einer gemäß Stand der Technik bekannten Bestromungsphase eines Magnetventils nach Figur 5, und
    Figur 7
    Mess-Diagramme zur Darstellung der Reaktion des mit dem Arbeitsstrom gemäß Figur 5 bestromten Magnetventils nach Figur 5.
  • Im Folgenden bezieht sich die Beschreibung auf ein SO-Magnetventil gemäß Figur 5, die bereits in der Beschreibungseinleitung beschrieben wurde.
  • Figur 1 zeigt eine erfindungsgemäße Bestromungsphase Tp an, mit der das Magnetventil in eine teilgeöffnete Stellung gesteuert wird. Vor dieser Bestromungsphase Tp befindet sich das Magnetventil in seiner geschlossenen Stellung und wird in dieser Stellung durch einen im folgenden Schließstrom genannten Spulenstrom mit einem ersten Stromwert I1 bestromt.
  • In der Bestromungsphase wird der Spulenstrom auf einen ersten Stromwert I2, im folgenden Arbeitsstrom genannte, absenkt und mit einer Amplitude A, die zu einem dritten Stromwert I3 führt, mit einer vorgegebenen Frequenz moduliert. Hierdurch wird in dem Magnetventil eine Kraftmodulation erzeugt, die zu einer Modulation der Bewegung des Ventilstößels führt, jedoch ohne geräuscherzeugenden Oszillationen, wie dies in den Diagrammen a) und c) gemäß Figur 2 dargestellt ist.
  • In Figur 2 zeigt das Diagramm a) drei Bestromungsphasen Tp1, Tp2 und Tp3 mit jeweils einem entsprechend Figur 1 dargestellten modulierten Arbeitsstrom. Die benachbarten Bestromungsphasen entsprechen denjenigen aus dem Diagramm nach Figur 7c).
  • Das Diagramm b) der Figur 2 zeigt die durch den modulierten Arbeitsstrom erzeugten Modulationsbewegungen während der Bestromungsphasen Tp1, Tp2 und Tp3, jedoch ohne die gemäß Figur 7b) auftretenden Oszillationen. Das Diagramm a) der Figur 2 zeigt den zugehörigen Druckverlauf in einer Radbremse.
  • Die Amplitude A und die Frequenz der Strommodulation des Arbeitsstromes werden mittels Prüfstanduntersuchungen optimiert, wobei nach Figur 3, die Amplitude A, d. h. die nach Figur 1 der Differenz des dritten Stromwertes I3 und des zweiten Stromwertes I2 entspricht.
  • Das Raddruck-Volumenstrom-Diagramm nach Figur 4 zeigt die vorteilhafte Wirkung der erfindungsgemäßen Ansteuerung eines SO-Magnetventils. Hiernach gibt es einen aufgrund zu geringer Volumenströme einen nicht nutzbaren Arbeitsbereich A1, ferner einen weiteren im oberen Volumenstrombereich liegenden Bereich A2, der ebenfalls nur eingeschränkt nutzbar ist.
  • Der eigentlich nutzbare funktionale Arbeitsbereich liegt dazwischen und besteht aus einem Bereich B1, einem Bereich B2 und einem Bereich B3.
  • Der Bereich B1 stellt einen hinsichtlich Funktion und Komfort stabilen Arbeitsbereich dar, der auch für in bekannter Weise gemäß Figur 6 angesteuerte SO-Magnetventile zur Verfügung steht und bei dem keine geräuscherzeugenden Schwingungen auftreten.
  • Wird das Magnetventil gemäß Figur 1 bestromt, ergibt sich zusätzlich der Bereich B2, der den Bereich hinsichtlich Funktion und Komfort, d. h. also ohne Geräuschentwicklung erweitert. Der Bereich B3 ist nur funktional robust, bei dem also geräuscherzeugende Schwingungen auftreten können. Somit kann eine optimale Kennlinie K mit einem bestimmten Streuband gefahren werden, die sowohl hinsichtlich Funktion als auch hinsichtlich minimaler Geräuschentwicklung optimal ist.

Claims (4)

  1. Verfahren zur Steuerung des Druckes in einem Hydrauliksystem, insbesondere in einem elektronisch geregelten Bremsensystem für ein Kraftfahrzeug, bei dem
    - der Druck oder der Druckverlauf mit Hilfe wenigstens eines analogisierten Magnetventils (10) gesteuert und/oder geregelt wird,
    - zur Steuerung und/oder Regelung des Magnetventils (10) in einen teilgeöffneten Zustand der Spulenstrom (I) des Magnetventils durch einen Wechsel zwischen wenigstens einem ersten (I1) und einem zweiten Stromwert (I2) moduliert wird, und
    das Magnetventil (10) mit einem dem ersten Stromwert (I1) entsprechenden Spulenstrom (I) im geschlossenen Zustand gehalten wird,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    - ein dritter Stromwert (I3) für den Spulenstrom (I) vorgesehen ist, wobei der dritte Stromwert (I3) zwischen dem ersten und zweiten Stromwert liegt (I1, I2) und
    - während der Bestromungsphase (Tp1, Tp1, Tp1) des Magnetventils (10), die zur Bestromung mit dem zweiten Stromwert (I2) vorgesehen ist, der Spulenstrom (I) durch Wechsel zwischen dem zweiten Stromwert (I2) und dem dritten Stromwert (I3) mit der durch den dritten Stromwert (I3) vorgegebenen Amplitude (A) und vorgegebenen Frequenz moduliert wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der dritte Stromwert (I3) in Abhängigkeit des angeforderten Volumenstroms des Magnetventils (10) eingestellt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    ein Magnetventil (10) vorgesehen ist, bei dem im elektrisch unbestromten Zustand das Magnetventil voll geöffnet ist.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    ein Magnetventil (10) vorgesehen ist, bei dem im elektrisch unbestromten Zustand das Magnetventil voll geschlossen ist.
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